Введение к работе
Актуальность темы. Данная работа посвящена исследованию фонноных процессов в кваптово-размерных эпитаксиальных полупроводниковых структурах элементов III-V групп (так называемые соединения AmBv).
Интерес к таким системам обусловлен несколькими серьезными причинами. Прежде всего, они являются практически идеальными объектами для изучения разнообразных физических проявлений эффекта размерного квантования. При этом, совершенная технология молекулярно-пучковой эпитаксии (Molecular Beam Epitaxy - МВЕ) позволяет направленно создавать структуры с различной топологией, с помощью которых можно моделировать не встречающиеся в природе, но хорошо изученные в теоретической физике двумерные, одномерные и нуль-мерные объекты.
Не менее важным является и прикладной интерес к исследованию GaAs и им подобных эпитаксиальных структур. Во-первых, используемые сегодня в электронной промышленности размеры полупроводниковых приборов постепенно приближаются к порогу, за которым необходимо будет учитывать квантовые эффекты. Поэтому изучение физических свойств квантоворазмерных систем позволяет учитывать их особенности при моделировании и разработке перспективных микроэлектронных приборов. Во-вторых, электронные элементы на основе GaAs теоретически имеют значительное преимущество по сравнению с элементами на основе Si, ввиду существенно большей подвижности носителей в GaAs.
Уже сейчас, на основе специфических свойств структур с пониженной размерностью разработаны и широко используется широкий спектр полупроводниковых приборов: полупроводниковые лазеры на квантовых ямах и квантовых точках, инфракрасные фотоприемни-
ки, сверхвысокочастотные полупроводниковые диоды, транзисторы и логические микросхемы.
Процессы экситон-колебательного взаимодействия играют существенную роль в оптике полупроводниковых гетероструктур. Они формируют спектры комбинационного рассеяния света, определяют яркость люминесценции и эффективность работы полупроводниковых гетеролазеров. Экспериментальные и теоретические исследования последних 10-15 лет позволили сформулировать основные положения физики электронно-колебательного взаимодействия в квантово-размерных полупроводниках, что создало основу для изучения экситон-колебательных процессов в конкретных структурах.
Цель данной работы состояла в исследовании спектроскопическими методами нестандартных проявлений экситон-колебательного взаимодействия в квантово-ограниченных структурах на основе полупроводниковых соединений элементов третьей-пятой групп (GaAs, GaP).
Научная новизна представленных в работе результатов заключается в следующем:
Впервые произведен расчет частот и интенсивностей линий комбинационного рассеяния света на аккустических фононах для сверхрешеток GaAs/AlAs, ориентированых в произвольном направлении.
Обнаружены LO-фононные резонансы в спектрах фотолюминесценции InP квантовых точек при приложении электрического поля. Установлена природа этих резонансов.
Впервые экспериментально оценена глубина потенциальной ямы для дырок в InP квантовых точках.
Обнаружен, не наблюдавшийся ранее, эффект анти-Стоксовой люминесценции при протекании электрического тока через
образец с InP квантовыми точками. Основные положения, выносимые на защиту:
-
Наличие упорядоченного рельефа гетерограниц в сверхрешетках GaAs/AlAs, выращенных на поверхности [ИЗ], приводит к проявлению в спектрах комбинационного рассеяния света линий, соответствующих аккустическим фононам, распространяющимся вдоль слоев сверхрешетки.
-
В InP квантовых точках существенное различие в скоростях тер-мализации возбужденных носителей с участием аккустических и оптических фононов может приводить к возникновению специфических резонансов в спектрах люминесценции и возбуждения люминесценции. Условием их возникновения является наличие эффективного канала безызлучательных потерь. Потери могут быть обусловлены наличием дефектов и примесей в структуре или индуцированы внешним электрическим полем.
-
Наблюдение узких фононных резонансов на фоне неоднородно уширенной полосы может быть использовано как специфический метод селективной внутриконтурной спектроскопии.
-
В структурах с InP квантовыми точками протекание электрического тока в условиях резонансного оптического возбуждения сопровождается появлением низкотемпературной антистоксовой люминесценции. Люминесценция обусловлена рекомбинацией захваченных квантовыми точками электронов, поставляемых электрическим током, с фоторожденными дырками. Необходимым условием возникновения анти-Стоксовой люминесценции является наличие глубоких уровней в барьерном слое в окрестности квантовых точек.
-
Повышение температуры в интервале от 5 К до 150 К сопровождается ростом интегральной интенсивности люминесценции
InP и InGaAs квантовых точек, что указывает на существование в этих структурах локализованых слабоизлучающих состояний.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались на Международных симпозиумах "Nanostruc-tures: Physics and Technolodgy" (St. Petersburg, Russia) в 1994 и 1999 гг. и на международной конференции "International Conference on Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed Matter" (Osaka, Japan) в 1999 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ. Из них 2 статьи и 7 тезисов на международных конференциях. Их перечень приведен в конце реферата.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 139 страниц. Работа содержит 46 рисунков.